Спосіб виявлення зон підвищеної газодинамічної активності вугленосних порід

Винахід відноситься до свердловинних сейсмічних методів розвідки вугільних родовищ і може використовува тися для виявлення зон підвищеної газодинамічної активності вугільних пластів і порід, що вміщують, (раптових викидів вугілля і порід, гірських ударів, суфлярів і обвалень) у розрізі свердловин і розташування на гіпсометричних планах вугільних пластів. Відомі методи вивчення тектоніки вугільних родовищ, що широко використовуються (Методи ви вчення тектоніки вугільних родовищ у процесі розвідки та експлуатації. М.: Надра, 1981, с.106-118, там же с.160-162). Про те, як відзначається в приведеному аналогу, методи можуть бути використані при вивченні розривних порушень і недостатньо ефективні при виявленні і прогнозуванні пружно-деформованих зон, що є найбільш активними в газодинамічному відношенні. Такі зони практично не прогнозуються. Найбільш близьким по технічному рішенню є спосіб виявлення зон впливу розривних порушень на вугільних родовищах (Авторське посвідчення СРСР №1394952, кл.4 G01V1/00 1988). За допомогою цього способу виявляються зони впливу розривних порушень і визначаються їхні границі по вугільним пластам і породам, що вміщують. Однак швидкості пружних хвиль, обмірювані в свердловинах за допомогою акустичного каротажу несуть інформацію про літологічну неоднорідність порід, їх порушеність та тріщин уватість. Аномальний ефект при вивченні напружень у породному масиві невисокий і не дозволяє прогнозувати локальні напруження, з якими пов'язуються газодинамічні ускладнення. Вимір газодинамічних характеристик пружних хвиль у свердловинах пов'язано з технічними труднощами ослаблення перешкод, що спотворюють істинні значення амплітуд. Крім того, у цьому способі буріння параметричної свердловини не завжди можливо. Ціль винаходу - підвищення достовірності і надійності прогнозу зон газодинамічної активності вугільних пластів і порід, безпеці і рентабельності вуглевидобутку. Ця мета досягається тим, що відповідно до способу виявлення зон підвищеної газодинамічної активності вугленосних порід, за рахунок залучення інформативних параметрів, виділяють аномалії зміни градієнтів середніх швидкостей поздовжніх, поперечних хвиль і коефіцієнта Пуассона (середніх або інтервальних значень), зіставляють аномалії з гістограмою газодинамічних ускладнень на суміжних відпрацьованих ділянках і по збігу визначають глибини центрів зон підвищеної газодинамічної активності. Крім того, ціль досягається ще тим, що підвищена газодинамічна активність вугленосних порід зональна по вертикалі і пов'язана з зонами переходу або зчленування масивів порід з різними фізичними властивостями, що визначаються аномаліями градієнта швидкостей поздовжніх, поперечних хвиль та коефіцієнта Пуассона і на глибинах до 1500м від денної поверхні розташовуються за законом арифметичної прогресії з інтервалами 300м між центрами і є регіональними та глобальними. Суть способу полягає в тому, що для виявлення зон підвищеної газодинамічної активності вугленосних порід в одній розвідницькій свердловині проводиться вертикальне сейсмічне профілювання (ВСП) із кроком спостережень 10м. Реєструються прохідні поздовжні і поперечні сейсмічні хвилі на частотах 25-50Гц. На таких частотах довжина сейсмічних хвиль на порядок перевищує потужності окремих літологічних різностей порід, що дозволяє виключити помітний вплив на величини середніх швидкостей пружних хвиль літологічного фактора. Середні швидкості і, розрахований по їхніх значеннях коефіцієнт Пуассона, несуть інформацію переважно про фізичний стан масиву порід. Виконується побудова графіків залежності від глибини середніх швидкостей поздовжніх Vp, поперечних Vs і коефіцієнта Пуассона s, виділяються аномалії градієнтів Vp, Vs і s, зони аномальних змін величини і знака градієнтів. Виконується побудова гістограм газодинамічних ускладнень у гірських виробках на суміжних відпрацьованих ділянках при дорозвідці шахтного поля і на суміжних шахтних полях при розвідці нових площ. При побудові гістограм виконується умова одностадійності метаморфізму вугільних пластів, розкритих розвідницькою свердловиною і вугільними пластами суміжних відпрацьованих ділянок і площ, по яких будуються гістограми газодинамічних ускладнень, відзначених у гірських виробках. Якщо розвідницькою свердловиною розкриті вугілля марки Ж, то відповідно будується гістограма газодинамічних ускладнень на відпрацьованих ділянках для вугілля марки Ж або і для інших марок вугілля: Д, Г, ДО, ОС, Т аналогічно. Аномалії градієнтів Vp, Vs, s зіставляються з гістограмою газодинамічних ускладнень і по їхньому збігу прогнозують зони підвищеної газодинамічної активності вугленосних порід на розвідницькій ділянці, підтверджується зв'язок аномалій графіків Vp, Vs, і s з цими зонами. На фіг.1,а зображені графіки розподілу середніх швидкостей Vp, Vs, і коефіцієнта Пуассона s у вугленосних породах за даними В СП розвідницької свердловини вуглепромислового району. На графіках виділені аномалії градієнтів Vp, Vs, і s з центрами на глибинах 300, 600, 900, 1200 і 1500м від денної поверхні. На глибині 300м (аномалія 1, див. фіг.1,а) градієнт s змінює знак, градієнти Vp і Vs зростають. На глибині 600м (аномалія II) градієнт Vp сповільнює ріст, градієнт Vs змінює знак, градієнт s змінюється і на глибині 700м градієнт s сповільнює ріст, градієнт Vs змінює знак. Інтервал глибин 600-700м дозволяє судити про ширину перехідної зони зчленування масивів порід з різними фізичними властивостями. На глибині 900м (аномалія III) градієнт s сповільнює ріст і на глибині 1000м стабілізується, градієнт Vp зростає, градієнт Vs на 900м змінює знак і на глибині 1000м стабілізується. Інтервал глибин 900-1000м дозволяє судити про ширину зони. На глибині 1200м (аномалія IV) градієнт Vp сповільнює ріст, градієнт Vs змінює знак, градієнт s має аномалію у формі мінімуму. На глибині 1500м (аномалія V) градієнт Vp зростає, градієнт Vs сповільнює ріст і має значення нижче, ніж градієнт Vp, градієнт о має мінімум. Ширина зон підвищеної газодинамічної активності, судячи з форми аномалій швидкісних характеристик, може досягати 100м і значно рідше 150м. Глибина центрів аномалій Vp, Vs, і s буде змінюватися в залежності від ступеня метаморфізму вугілля і порід, від ділянки до ділянки, при переході від вугілля марок Д, Г, Ж, до вугілля марок ДО, ОС, Т, глибина залягання центрів аномалій Vp, Vs, і о знижується на 100м. Ці центри простежуються по всьому регіону і носять регіональний характер. Контрастність (інтенсивність) прояву аномалій градієнтів Vp, Vs, і s знижується в міру зростання метаморфізму вугілля, при переході до порід, що вміщують вугілля марки А. У зонах, що відповідають аномаліям Vp, Vs, і s на згаданих вище глибинах розвиті локальні напруження, пластичні і розривні деформації, локальні структурні форми, сприятливі для скупчення газу і, як наслідок, тут виявляється підвищена газодинамічна активність порід. На фіг.1,б представлена гістограма газодинамічних ускладнень за даними гірських робіт на суміжних ділянках, де видно, що підвищена газодинамічна активність вугільних пластів і порід, відносяться до аномалій на глибинах 300, 600, 900м. На фіг.2,а показаний графік розподілу інтервальних значень коефіцієнта Пуассона за даними ВСП розвідницької свердловини, розташований в іншому вуглепромисловому районі, де виділено чотири інтервали знижених значень s (І, II, III, IV), що пов'язані з зонами підвищеної газодинамічної активності вугілля і порід. На фіг.2,б представлені гістограми газодинамічних ускладнень за даними гірських робіт на суміжних ділянках (вугілля марки К, ОС, Т), де видно, що підвищена газодинамічна активність тяжіє до інтервалів знижених значень s , до зон переходу або зчленування масивів порід з різними фізичними властивостями. Так, як метаморфізм вугілля тут вище в порівнянні з фіг.1,а, то глибини зон підвищеної газодинамічної активності (центрів мінімальних значень s ) зменшуються на 50-100м, інтервал між центрами аномалій 300м зберігається. Точність положення границь інтервалів порід з різними фізичними властивостями визначається величиною 1/4 довжини поздовжньої сейсмічної хвилі і складає 15-25м. Джерела інформації: 1. Методи вивчення тектоніки вугільних родовищ у процесі розвідки та експлуатації. М.: Надра, 1981, с.106118, там же с.160-162. 2. Авторське посвідчення СРСР №1394952, кл.4G01V1/00 1988.